Réduire le coût du prototypage

La dynamique moléculaire, appliquée pour modéliser la diffusion des ions lithium, peut être directement liée à la conductivité de l’électrolyte.

Un moyen d’améliorer la densité énergétique et la sécurité consiste à remplacer l’électrolyte liquide organique et le séparateur polymère par un électrolyte solide non combustible. Différentes approches sont en cours de développement : oxydes ou sulfures de métal polycristallin, oxydes de métaux à base de verre, électrolyte polymère, électrolyte en gel, ainsi que des combinaisons de deux ou plusieurs de ces options. “Les batteries sont des systèmes complexes de matériaux, explique Menahem Anderman. La modélisation et la simulation peuvent être très utiles pour découvrir de nouvelles options de matériaux et réduire le temps et le coût du prototypage physique.” C’est là que Dassault Système, à travers sa marque BIOVIA, peut intervenir.BIOVIA Materials Studio est en effet une suite d’outils intégrés permettant de comprendre les propriétés et le comportement des matériaux à l’échelle nanométrique. Des additifs spéciaux sont par exemple inclus pour modifier les propriétés de l’électrolyte. La dynamique moléculaire peut être appliquée pour modéliser la diffusion des ions lithium dans différentes formulations, ce qui peut être directement lié à la conductivité de l’électrolyte. Les simulations d’électrolytes permettent également de comprendre pourquoi la conductivité change selon la formulation. L’examen du mouvement précis des ions lithium révèle l’effet de l’environnement local sur la diffusivité, ce qui facilite la définition des règles de conception pour le développement de nouveaux additifs. Les outils de modélisation fournis dans BIOVIA Materials Studio permettent donc aux ingénieurs d’explorer le vaste espace des matériaux candidats, de comprendre leur comportement, et de les sélectionner.

L’utilisation de ces outils, basés sur des simulations classiques mais aussi sur la mécanique quantique, accélère le développement de la prochaine génération de batteries nécessaires pour assurer le succès des futurs véhicules électriques.De nouveaux matériaux pour dépasser les limites de la technologie ion-lithium, soit. Mais pour recharger une batterie, il faut en amont produire de l’électricité. La production durable de cette énergie est un défi de taille. Les mers et les océans ont un rôle de plus en plus important à jouer dans la part des énergies renouvelables. Si les premières éoliennes ont été installées sur terre, c’est en mer que l’éolien peut déployer tout son potentiel, le vent du large étant plus fort et plus régulier que sur terre. À l’origine, situés dans des eaux peu profondes, les parcs éoliens maritimes s’installent de plus en plus loin de la côte. Technologie moins mature, les hydroliennes utilisent la puissance des courants marins, permanents ou liés aux marées, pour profiter d’une énergie également renouvelable, mais plus prévisible.Par ailleurs, les solutions CATIA et SIMULIA permettent de compléter la vue moléculaire pour penser l’ingénierie des batteries afin d’assurer une continuité numérique, non seulement sur la recherche de nouveaux matériaux, mais aussi sur celle concernant l’ensemble des systèmes (de la propulsion à l’ensemble de la logistique de la mobilité, en passant par les véhicules eux-mêmes).

On connaît depuis des millénaires les courants marins, on sait quand et combien d’énergie propre on va produire. L’énergie est prédictible, ce qui n’est pas le cas avec le solaire quand il fait nuit ou qu’il y a des nuages, et avec l’éolien quand il fait très beau et qu’il n’y a pas de vent !

Franck Sylvain
Directeur général d’EEL Energy

Exploiter la puissance des courants marins

Une start-up française, EEL Energy, développe des prototypes d’hydroliennes nouvelle génération qui pourraient révolutionner les modes de production d’énergie alternatifs. Eel – anguille en anglais – porte bien son nom. Sans turbine ni hélice, cette hydrolienne est faite d’une membrane en fibre de verre ou en polymère, qui ondule sous l’eau grâce aux courants marins. Plusieurs modèles sont actuellement en développement, de différentes tailles, adaptées à différents milieux aquatiques. Sur la version marine, les générateurs qui produisent l’électricité sont placés sur la membrane. Sur la version fluviale, un mât fixé à celle-ci actionne hors de l’eau le générateur. Par rapport à d’autres sources d’énergie renouvelable, l’intérêt tient à la prévisibilité de la production par rapport au solaire ou à l’éolien.

EEL Energy développe et teste au fur et à mesure ses prototypes fluviaux dans les bassins de l’Ifremer et ses prototypes marins au large de Brest, avec l’aide de Dassault Systèmes. La simulation numérique permet d’éviter les erreurs, de limiter le coût des tests et d’optimiser la conception. La membrane est immergée virtuellement pour en assurer la performance, la praticité et la rentabilité avant sa fabrication. Des milliers de variantes de prototypes virtuels peuvent ainsi être testées sur un ordinateur, dans le laps de temps qui ne permettrait de construire et tester un unique prototype physique.

Respect de l’écosystème

Différents modèles de membranes existent d’ores et déjà, dont la taille varie de 0,8 m pour des prototypes de test à 1,6 et 2,6 m pour de petit modèles commerciaux de 2 à 3 kW de puissance, et jusqu’à 5 m pour un modèle de 30 kW mis au point et testé en cette fin d’année. Il sera suivi par un modèle de 10 m et 100 kW en 2020. À l’avenir, on peut penser avoir des machines de 16 m pour 500 kW.On est certes loin de la puissance de modes de production plus classiques, mais la vocation de la membrane n’est pas de concurrencer l’hydrolien à turbine, qui a besoin de courants plus forts et plus rapides. En revanche, les espaces où les courants sont plus faibles sont parfaitement adaptés à cette solution. Autre avantage des modèles développés par EEL Energy : ils respectent les écosystèmes. Sous l’eau, pas de pollution visuelle. Et alors que les hydroliennes à turbine occupent une place importante, comparable à celle d’un barrage dont elles ont les inconvénients, le modèle à membrane permet à la faune et à la flore d’évoluer librement. “Lors d’un de nos essais en mer, un dauphin est venu jouer avec la membrane, raconte Franck Sylvain. Il s’agit vraiment d’un système très doux, non agressif.”Enfin, pour promouvoir de nouvelles formes d’énergie renouvelables, dont la production est par nature irrégulière et imprévisible, il faut aussi mieux en contrôler la distribution. Ainsi les batteries dites stationnaires deviennent un élément clef dans la stabilisation du réseau de production et de distribution d’énergie. Présentes ponctuellement, elles équilibrent les pics de demande et d’offre.

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